Загальні відомості про підземні води

Нижче земної поверхні вода локалізується в порах, різноманітних порожнинах і тріщинах порід-колекторів (лат. “ колектор ” – цей, що збирає), які за характером порожнин поділяються на наступні категорії:

– гранулярні (лат. “гранулум” – зернятко) або пухкі зернисті породи, до яких відносяться піски, гравій, галечники;

– тріщинуваті скельні породи з відкритими тріщинами та тріщинними порожнинами;

– тріщинуваті та тріщинно-карстові породи.

Виходячи із наведеної класифікації, підземні води можуть заповнювати пори між окремими зернами осадових порід, дрібні та великі тріщини, зони тектонічних розломів і карстові порожнини. Залежно від об’єму, який займають пори або тріщини в гірських породах, останні пропускають певну кількість води. За ступенем проникності води всі породи діляться на три групи: водопроникні та відносно водопроникні або водостійкі, водонепроникні.

До водопроникних порід відносяться піски, гравій, галечник, тріщинуваті пісковики, конгломерати, а також закарстовані пісковики, доломіти та інші розчинні породи.

Водопроникність порід зумовлена наявністю пористості, або відкритої тріщинуватості, що забезпечує вільний рух води.

Під пористістю порід розуміють відношення об’єму пор в даному зразку породи до об’єму всього зразка.

Показник пористості розраховується за формулою: ; або в процентах де n – пористість порід; V_n – об’єм пор в зразку породи; V – об’єм зразка. Проте, не завжди висока пористість забезпечує вільне проходження води. Так, наприклад, глини, пористість яких іноді досягає 50-60%, є практично водонепроникні. Це пояснюється тим, що пори в глинах надзвичайно тонкі (субкапіляри), і рух води в них зазнає великого опору. Звичайні піски з пористістю 30-35% дуже добре пропускають воду, що зумовлене великим розміром пор. Слід зазначити, що чим більші зерна, якими складена порода, тим більша її водопроникність. Відповідно, водопроникність пухких уламкових порід залежить не лише від кількості пор, а й від розмірів та форми зерен, які її складають і від щільності їх упаковки. Різні за розмірами та кутасті зерна, які не щільно прилягають одне до одного, сприяють підвищенню пористості і, відповідно, водопроникності, а дрібні зерна, добре обкатані утворюють щільну упаковку з тонкими порами.

Від складу пухких гірських порід залежить і їхня вологоємкість, тобто властивість вміщувати та утримувати в собі певну кількість води. Розрізняють повну вологоємкість, коли вода заповнює всі пори, включаючи і тонкі капілярні, та максимальну молекулярну вологоємкість, яка характеризується кількістю води, що утримується в породі силами молекулярного зчеплення після того, як вся гравітаційна вода стікає з породи. Різницю між повною та максимальною молекулярною вологоємкістю називають водовіддачею гірської породи. На практиці застосовується питома водовіддача, що дорівнює кількості вільної води, яку можна отримати з 1 м³ породи. Найбільшою водовіддачею володіють грубоуламкові породи, такі як піски, гравій, галечник, а найнижчою – глини та важкі суглинки.

Водопроникність тріщинуватих порід залежить від розмірів та характеру тріщин.

Підземні води, які рухаються по порах пухких порід, називаються поровими, а по тріщинах – тріщинними. У випадку, коли окрім тріщин в гірських породах мають місце також карстові порожнини, підземні води, що циркулюють по них, називаються тріщинно-карстовими, або карстовими.

Залежно від фізичного стану, в якому вода знаходиться в гірських породах, розрізняють наступні її види: вода у вигляді пари, гігроскопічна вода, капілярна, крапельнорідка (вільна), вода у твердому стані та кристалізаційна.

Вода у вигляді пари міститься у повітрі, яке займає вільні від рідкої води пори та тріщини в гірських породах. Вона знаходиться в динамічній рівновазі з іншими видами води та з парами води в атмосфері. За певних умов пароподібна вода конденсується.

Гігроскопічна вода утворюється у тому випадку, коли молекули пароподібної води адсорбуються на поверхні мінеральних зерен гірських порід. Така вода покриває зерна, або частинки породи одномолекулярною тонкою плівкою і міцно утримується на їхніх поверхнях завдяки молекулярним та електричним силами і може бути вивільнена при нагріванні до температури не меншої ніж 105-110 °С.

Плівкова вода утворює навколо частинок гірської породи і поверх гігроскопічної води плівку з декількох шарів молекул. Вона може переміщуватися від однієї частинки до іншої. У випадку, коли товщина плівок у сусідніх частинок більша, відбувається поступове переміщення води від частинок з більшою товщиною плівки до частинок з тоншою. Цей процес триває до тих пір, поки товщина плівок не вирівняється.

Слід зазначити, що як гігроскопічна, так і плівкова вода, здебільшого, характерні для глинистих порід і дуже рідко присутні в піщаних породах.

Капілярна вода – заповнює частково або повністю тонкі пори та тріщини і утримується в них за рахунок сил поверхневого натягування. Ця вода піднімається по тонких капілярах знизу догори від рівня дзеркала підземних вод. Висота капілярного піднімання залежить від розмірів пор. Чим менші пори, тим вища висота водного стовпа. В суглинках вона може досягати 2 метрів і більше, а в грубозернистих пісках не перевищує декількох сантиметрів.

Крапельнорідка, або вільна гравітаційна вода характеризується властивістю вільно переміщуватися по порах, тріщинах та інших порожнинах гірських порід під впливом сили тяжіння. Виділяють воду, яка, заповнюючи пори та тріщини в гірських породах, утворює горизонти підземних вод, та воду, що просочується зверху донизу в зоні аерації (франц. “аератіон” – повітря), розташованій вище дзеркала підземних вод і представленій приповерхневим шаром гірських порід, де вільно циркулює повітря.

Вода у твердому стані, тобто у вигляді льоду, присутня в гірських породах, які поширені в кліматичних зонах з від’ємною температурою. Лід може бути у вигляді дрібних кристалів, тонких плівок, або утворювати прошарки.

Кристалізаційна вода – це вода, яка входить до складу цілої низки мінералів і бере участь у будові їх кристалічних ґраток. Прикладом може бути гіпс (СаSО₄ × 2Н₂О), до складу якого входить дві молекули води.

За походженням всі підземні води діляться на декілька типів: інфільтраційні, конденсаційні, седиментогенні та “ювенільні” або магматогенні.

Інфільтраційні підземні води утворюються в результаті просочування на глибину атмосферних опадів. Вважається, що інфільтрація є основним джерелом поповнення запасів підземних вод.

Конденсаційні підземні води – це води, які утворюються в результаті конденсації водних парів, що знаходяться у повітрі, яке заповнює пори та порожнини в гірських породах і ґрунтах. На відміну від інфільтраційних вод, конденсаційні мають підпорядковане значення в процесі поповнення кількісних запасів підземних вод.

Седиментогенні підземні води – це води, які збереглися в морських осадових відкладах, куди вони потрапили під час формування останніх.

Морська вода з розчиненими в ній солями насичує мулисті відклади, що постійно накопичуються на дні моря. В процесі прогинання земної кори та подальшого осадконагромадження і діагенезу внаслідок збільшення тиску вода, яка знаходиться в мулистих осадках поступово вичавлюється догори і накопичується в породах-колекторах. Сприятливі умови для формування седиментогенних підземних вод виникають на великих глибинах (декілька кілометрів) внаслідок перекриття алеврито-глинистих та піщанистих відкладів потужними товщами водостійких та слабо водопроникних порід.

“Ювенільні” або магматогенні підземні води утворюються в процесі конденсації газоподібних продуктів, які виділяються у великих кількостях при застиганні магми. Нарівні з іншими газами ці продукти містять велику кількість водяної пари, яка в області низьких температур, конденсується і переходить у крапельнорідкий стан. Разом з тим, водяна пара, яка виділяється з магми на глибині, по тектонічних розломах може підніматися на поверхню і змішуватися з водами інфільтраційного походження. З другого боку, інфільтраційні підземні води при сприятливих умовах можуть проникати на великі глибини і там змішуватися з газами та іншими розчинами, змінюючи свій первинний склад. Таким чином, виникають змішані води, які відрізняються від “ювенільних” або інфільтраційних за хімічним складом.

Залежно від умов залягання всі підземні води діляться на три типи: верховодка, ґрунтові води та напірні міжпластові, або артезіанські, води.

Верховодкою називають підземні води, які залягають на невеликих від поверхні землі глибинах, у межах зони аерації. Вони характеризуються обмеженим поширенням, відсутністю регіонального водотриву та періодичністю існування. Такі води накопичуються на поверхні невеликих за розмірами лінз водостійких та напівпроникних порід (рис. 5.18). Потужність верховодки складає 0,5-1,0, рідко 2-3 м, і її рівень залежить від кліматичних умов та їх змін. Враховуючи, що води верховодки належать до інфільтраційних, найбільшої потужності вони досягають весною та осінню, в період максимального випадання атмосферних опадів. При незначній кількості останніх верховодка може зникати зовсім.

Рис. 5.18. Схема розташування ґрунтових вод і верховодки

Дата добавления: 2017-02-01; Просмотров: 170; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!